El ENFOQUE DE LA INVESTIGACION EN AGUA EN EL INIFAP

Dr. Ignacio Sá Sánchez Cohen Líder Nacional de Investigació Investigación en Agua del INIFAP

CONTENIDO -Quienes Somos? -Contexto de nuestra investigación -Situación Global -Situación Nacional -Situación Regional -La aproximación

QUIENES SOMOS? ESTACIONES EXPERIMENTALES

CENID

A: NOROESTE B: NORTE CENTRO C: NORESTE D: PACIFICO CENTRO E: CENTRO F: PACIFICO G: GOLFO CENTRO H: SURESTE

102°30’ 104°48’

26°55’

24°25’

QUIENES SOMOS?

Dinámica del suso del agua en el mundo (reconstruido de Shiklomanov 2003)

Consumo de agua (hm3)

2000 Agricultura (84%)

1500

1000 500 Almacenamientos (10%) Municipal (4%) Industrial (2%)

1900

1925

1950

1975

2000

Productividad del agua (kg m3)

LA EFICIENCIA DE TRANSFORMACIÓN EN EL MUNDO

S Asia

SE Asia

África

Á. Latina

Wana

En Desarrollo Desarrollados

Global

FUENTE: FAO

EFICIENCIA EN CUENCAS HIDROLÓGICAS Proyección promedio 2021 - 2025

Inicio

Cuencas alta eficiencia

Cuencas alta eficiencia y uso moderado

Estimada en 1995

MEXICO = 0.64

Vias Desarrollo

0.54

0.59

0.77

0.77

Desarrollados

0.64

0.69

0.81

0.81

Uso de agua (km3) Vias Desarrollo

2764

3486

3347

3043

Desarrollados

1144

1277

1228

1183

Riego (km3) Vias Desarrollo

1162

1214

1135

983

Desarrollados

268

274

250

227

LA DEMANDA DE AGUA USA 400000

y = 44200x + 183483 R2 = 0.9515

350000

MILES

300000

y = 21976x + 43631 R2 = 0.9292

250000 200000

MEXICO

150000 100000

CANADA

y = 4016.1x + 20463 R2 = 0.9159

50000 0 1975

2000

AÑO

2005

2025

DISPONIBILIDAD DE AGUA Y PROYECCIÓN

METROS CUBICOS

140000

y = -915.47x + 2E+06 R2 = 0.9421

120000 100000

CANADA

80000 y = -110.54x + 232001 R2 = 0.979

60000 40000 20000

EUA

y = -85.956x + 177060 R2 = 0.9108 MEXICO

0 1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

AÑO

Datos de PAI

DISPONIBILIDAD DE TIERRA ARABLE 2.5 y = -0.0131x + 27.664 CANADA R2 = 0.9727

Hectareas

2 1.5 1

y = -0.0076x + 15.761 R2 = 0.9703

USA 0.5

MEXICO

0 1970

y = -0.0039x + 8.0333 R2 = 0.9771

1980

1990

2000

2010

2020

2030

Año

Datos de PAI

DISPONIBILIDAD DE AGUA EN AMERICA

Enero Agosto

Indice de disponibilidad de humedad (Pp / ETo)

QUE NOS DEPARA EL FUTURO? 1.5

Porque??

1 0.5 0 1000

1200

1400

1600

1800

2000

-0.5 -1 -1.5

HEMISFERIO NORTE

-2 -2.5

2 1.5 1 0.5 0 1000

1200

1400

1600

1800

2000

-0.5 -1 -1.5

HEMISFERIO SUR

-2

Anomalías de temperatura: se esta calentando el planeta? Recosntruido de Jones et al, 1988

Anomalías de precipitación en México (Sánchez, 2005) Mexicali B.C. (32°55' latitud y 115°47' , 3 msnm, longitud, 31 años de registro)

Todos Santos B.C.S. (23°26' latitud y 110°13' longitud, 160 msnm, 35 años de registro)

1

2

0.5

1

?

0 -0.5 0

10

20

30

0

40

-1 0

-1

10

20

30

40

-2

? Villahermosa Tab. (17°59' latitud y 92°55' longitud, 10 msnm, 12 años de registro)

Presa Abelardo Rodríguez Chis. (16°20' latitud y 92°12' longitud, 1775 msnm, 26 años de registro)

4

2

2

0 -2 -4

0

0

5

10

15

20

25

30

-2 0

5

10

15

HURACAN WILMA 20 Oct 2005 (Simulación numérica de viento y agua)

La figura es una animación con valores cada 6 horas, a 3 Km de altura aproximadamente, sobre el nivel del mar (700 mb).

LA SITUACION DEL AGUA EN MEXICO (Km3)

ETo 1084 PRECIP: 1511

Gran variabilidad espacial

PER CAPITA TOTAL 4547 m3

IMPORTACION OTROS PAISES 48.9

ESCURR. 350

ESC. TOT. 399 DISP.TOTAL 476 EXPORTACION A OTROS PAISES 0.43

RECARGA 77

1 Km3 = mil millones de m3

Capacidad de almacenamiento para uso agropecuario

Noroeste Norte centro Noreste Centro Sur

46.5 20.0 18.0 12.0 3.5

PARADOJA DEL AGUA EN MEXICO

El sur del país produce solo el 16% del PIB, cuenta con el 23% de la población, solo 8% de tierras bajo riego y cuenta con el 72% de la disponibilidad total de agua. Por contraparte, el norte produce el 84% del PIB, cuenta con el 77% de la población y la disponibilidad del agua es solo 28%

USO DEL SUELO EN MEXICO (millones de hectáreas)

Tierra cultivada

31

16%

Pastizales y desiertos

120

61%

Bosque tropical y templado

45

23%

37 Regiones hidrológicas 314 Cuencas 180 mil millones de metros cúbicos almacenados en 2100 presas

EL MANEJO INTEGRADO DEL RECURSO AGUA

UNIDAD BÁSICA DE PLANEACIÓN Y DESARROLLO: CUENCA HIDROLÓGICA. EJEMPLO:REGION HIDROLOGICA No. 36

El balance del agua, punto racional de partida (diferentes escalas)

800 mm

Precipitación

390 mm

200 mm

23,000 Mm3 1,3

400 Mm3 00

Mm 3

Urbano: 200 Mm 3 Evapotranspiración

Usos 2,200 Mm3

500 Mm3

EN QUE PARTE DEL CICLO SE DEBEN TOMAR DECISIONES QUE RINDAN EL MAYOR IMPACTO??

PROBLEMAS DERIVADOS DE LA SOBREEXPLOTACION ‰ Baja disponibilidad de agua para todos los usos ‰Migración ‰Mercado del agua ‰Tierras marginales ‰Sobreexplotación de reservas ‰Contaminación de reservas (merma en calidad) ‰Sobredimensionamiento del área agrícola ‰Impacto en salud humana ‰Cambio de actividad económica

CADA UNO DE ESTOS ASPECTOS HA ORIGINADO DIVERSOS PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN Y / O DESARROLLO CON CASOS DE EXITO

‰Marginación ‰Desvío de cursos de agua en partes altas ‰Deforestación ‰Relación oferta – demanda de empleo afectada Cenid Raspa

La organización de las acciones en el concepto del manejo integrado

Cuenca media 300 – 500 mm

Cuenca alta 600mm

CADA ACTIVIDAD TIENE UN CLIENTE ASOCIADO A UN PRODUCTO

A

C

Cuenca baja (Distrito de riego) riego) 250 mm

B Vacios de conocimiento 4.00 2.00 0.00 -2.00

102 98

Número de Curva

94 90 86 82 78 CN3 CN4

74

CN7 70 0

10

20

30

Precipitación (mm)

- CNA, Asoc. Gan., Agric, SEMARNAT, CONAFOR,, Gob. Estatal, etc.

- CNA, Asoc. Gan., Agric, SEMARNAT, CONAFOR, SAGARPA,

40

50

60

CN8

DSS - CNA, Asoc. Gan., Agric, Gob. Estados, FUNDACIÓN Produce, SAGARPA, SALUD

VISION GLOBAL

n

∫ f (acciones locales)

PROYECTOS MULTIOBJETIVO

swapa

GENERAR CONOCIMIENTO PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS INHERENTES A LA DISPONIBILIDAD Y CALIDAD DEL AGUA EN LAS CUENCAS HIDROLÓGICAS QUE PERMITA EL DESARROLLO Y USO RACIONAL DE LOS SISTEMAS PRODUCTIVOS Y RECURSOS NATURALES. EVALUACION DE PRÁCTICAS ECOLOGICAMENTE SUSTENTABLES, TECNICAMENTE VIABLES Y SOCIALMENTE ACEPTABLES.

OBJETIVO GENERAL

DEMANDA

H

A

S

AT

P

OBJETIVOS ESPECIFICOS

A

INSTITUCION/INVESTIGADORES

A

B

C

D VACIOS DE CONOCIMIENTO

INTERACCION CON REDES

1

2

3

FINANCIAMIENTO

LOS OBJETIVOS NO SON MUTUAMENTE EXCLUYENTES Y NO DEPENDEN UNO DEL OTRO

CATEGORIAS DE ACCIONES CATEGORIA Agronómica

DEFINICION Acciones con impacto en variables productivas (rendimiento, productividad) en el ámbito agropecuario

Ingenieril

Su impacto es sobre la preservación de los recursos agua y suelo (principalmente) y derivan en perturvaciones al medio físico

Manejo

Se busca el ordenamiento en el uso de los R.N. mediante normatividad consensuada

Institucional

Se enfoca al desarrollo multiinstitucional en proyectos de interés común con múltiples variables de decisión

Transferencia de tecnología

Se busca el impacto en el último eslabón de la generación de tecnología con énfasis en: capacitación, demostración, validación

ALGUNOS PROYECTOS DERIVADOS DE LA MATRIZ DE PROBLEMAS Y POSIBLES SOLUCIONES

Zona

Tipo de proyecto Desarrollo

Alta

Media

Tecnológico

Temas de Proyecto Restauración de áreas, Barreras vivas, exclusiones, reforestación, economía del ecosistema, social (migración) , antropológico, capacitación Captación agua de lluvia, evaluación de prácticas de manejo, evaluación cambio uso del suelo, remediación de minas, captura de carbono, ordenamiento de sistemas

Científico

Cuantificación del balance de agua, Reconstrucción de bases de datos climáticos, monitoreo y evaluación de erosión, monitoreo y evaluación de escurrimiento, modelación de proceso hidrológicos, cambio uso del suelo, incendios,

Desarrollo

Capacitación, Captación agua de lluvia economía el agua, remediación de agostaderos

Tecnológico

Algoritmos de diseño y evaluación de obras, evaluación cambio uso del suelo , salud de agostaderos, optimización del manejo de papalotes

Entregables Transferencia de conocimiento para el desarrollo sustentable del área; manuales prácticos de uso sustentable de recursos, documentación del proceso de desarrollo (causas) Esquemas técnicos para el desarrollo de obras de captación, recomendaciones de practicas de manejo sustentables y de remediación Cuantificación del balance del agua bajo diferentes escenarios de clima y manejo, conocimiento de proceso hidrológicos de deterioro, sistemas para el pronóstico de eventos.

Esquemas de evaluación de obras de contención y pequeños embalses, manuales de operación de pequeños embalses Tecnologías de diseño de obras de captación, manuales de manejo de ganado bajo diferentes escenarios climáticos, operación de de papalotes

Científico

Modelación de la Relación precipitación – escurrimiento, agua subterránea

Modelos calibrados de la relación precipitación escurrimiento infiltración

Desarrollo

Capacitación Ingeniería de riego, Mercado del agua, organización, opciones de uso, economía del agua,

Manuales de operación del riego, sistema para la toma de decisiones del manejo del agua de riego,

Patrones de cultivo, métodos de riego, manejo de sistemas productivos, límite ecológico,

Sistema para toma de decisiones de la composición del patrón de cultivos, manual para decisión de métodos de riego, sistemas para el pronóstico del riego, balance ecológico.

Erosión eólica, Salud, detección y modelación del crecimiento de hospederos, Reconversión productiva, modelación de contaminantes,, inocuidad (vegetal, animal), potencial productivo, ingeniería de riego, agricultura protegida, modelación

Desarrollo de esquemas preventivos de enfermedades, composición de cortinas rompevientos, calibración de modelos de contaminantes, propuesta de nuevos cultivos y cultivos alternos, Sistemas de detección temprana de eventos extremos

Tecnológico Baja

Científico

META

PARAMETRIZACIÓN DE VARIABLES DE DECISIÓ PARA USO EN EL SISTEM DE AYUDA PARA LA TOM DE DECISIONES DEL MANEJO SUSTENTABLE D LA REGIÓN HIDROLÓGIC

Objetivo: manejo integral problemas multiobjetivo VARIABLE de DECISION

ACTUAL

ALTERNATIVA 1

ALTERNATIVA 2

EFICIENCIA

EROSION RENDIMIENTO BENEFICIO NETO

Modelo de simulación, DATOS INV., ETC.

SALUD SWAPA+H Suelo

Agua

ATMOSFERA

PLANTA

ANIMAL

ALT No.1

+

-

-

+

-

ALT No.2

+

+

-

-

-

ALT No 3

+

+

+

+

+

Como ayuda la aproximación ?

ESTABLECIMIENTO DEL LÍMITE HIDRO ECOLOGICO DE ECOSISTEMAS, ENTREGABLES SUSTENTABLES Ton Mm3, Kwhr.Ton-1, Mm-1. IA, Mm3..energía.

Agua, Fertilizantes, semillas, alimentos etc.

Ton Mm3, Kwhr.Ton-1,

Mm3.Lt-1, Mm3.kg-1, Mm3.pieza-1

$.kg-1, $.Lt-1 $.pieza-1

INSUMOS AUTOGENERADOS

RANGO PERMISIBLE DE EXPLOTACION

LIMITE ECOLOGICO

Sistema productivo

PRODUCTO

balance

RANGO DE IMPORTACION PARA MANTENER LIMITE ECOLOGICO

Agua, fertilizantes , semillas, alimento etc.

INSUMOS IMPORTADOS

EFICIENCIA DE TRANSFORMACION

Ejemplo: en la Laguna salen del sistema 57.87 lps de leche.

Et (Demand cm)

EL SECTOR AGROPECUARIO: ALTA COMPETENCIA

165 150 135 120 105 90 75 60 45 30 15 0

Superficial (45% ef)

Portable Power roll sprinkler (70 % ef) (68% ef)

Fijo sprinkler (75% ef.)

Pivote Goteo (82% ef) (95 % ef)

1. Promueve el incremento en la eficiencia global del uso del agua

2.Patente la necesidad del Incremento en financiamiento para el estudio integrado en el manejo del agua teniendo a la cuenca hidrológica como unidad básica de planeación y desarrollo de las cadenas productivas 3. Calibración de un DSS para el manejo sustentable de la cuenca (alta, media y baja) con entregables por sistema producto 4. Identificación de vacíos de conocimiento mediante la integración de disciplinas, instituciones, especialidades, con carácter multiobjetivo. 5. Promueve el estudio de fenómenos meteorológicos de impacto regional (ENSO, Monsoon, etc.) 6. Intensifica coolaboración entre instituciones, redes y entre investigadores

Muchas BIENVENIDOS AL IV FORO MUNDIAL DEL AGUA. FELIZ ENTANCIA EN NUESTRO PAIS

Gracias

Problemas identificados en la RH 36 cuencas de los Ríos Nazas y Aguanaval Recurso† Categoría Problema específico‡ Riego Pastizal Suelo Erosión Cárcavas y laminar X Flujo concentrado X Acanalada X Viento X Inducida por riego X Condición Espesor suelo X Compactación X Contaminantes, residuos X orgánicos (P) Agua Cantidad Manejo X X Capacidad restringida, Lagos y X embalses Calidad Contaminación subterránea X Pesticidas (P) Contaminación subterránea, X nutrientes y orgánicos (P) Contaminación subterránea, X salinidad (P) Contaminación subterránea, X patógenos (P) Aire Cantidad Sedimentos suspendidos X Plantas Condición Condición ecológica X (productividad) Vigor y sanidad X Animal Hábitat Alimento X X Wildlife† Cubierta, refugio X X Animal Vida Hábitat Alimento X silvestre Agua, cantidad y calidad X Manejo Población/balance recursos X Salud animal (P) X † Especies animales no definidas. ‡(P) Problema potencial identificado; contaminación.

Bosque X X X

X X

X

X X X X X

Variable decisión

Conv.

Alt. 1

Alt 2.

Alt. 3

Escurimiento(mm)

80.07

58.22

30.17

14.12

ha-1)

4.72

3.83

0.79

0.09

N Sup.(kg ha-1)

10.6

8.4

2.22

0.4

N Perc.(kg ha-1)

19.63

17.1

18.7

26.1

5.01

4

1

0.22

22.12

14.3

4

0

4.74

8.23

11.4

0

Erosión (t

P Sup. (kg ha-1) Pest. Sup.(g ha-1) Pest. Perc.(g ha-1)

1

0.5

0 4.7

max(min) V j = ∑i=1 wi vij n

subject to ∑in=1 wi = 1 w1 ≥ w2 ≥ ... ≥ wn ≥ 0.